Opdrachtgever: Rijkswaterstaat RIKZsimona.deltares.nl/modeltoepassingen/Lauwersmeer/3D...calibratie...

A1618

Opdrachtgever:

Rijkswaterstaat RIKZ

Opzet 3D operationeel model voor

3D-modellering Lauwersmeer

zoutindringing en morfologie

Mei 2006

postadres

PO Box 248

8300 AE, Emmeloord

bezoekadres

Voorsterweg 28, Marknesse

tel : 0527 24 81 00

fax: 0527 24 81 11

e-mail

[email protected]

internet

http://www.alkyon.nl

Opdrachtgever Rijkswaterstaat RIKZ

Titel 3D-modellering Lauwersmeer

Opzet 3D operationeel model voor zoutindringingen morfologie

Samenvatting In dit onderzoek is een eerste opzet gemaakt voor de operationalisering vaneen 3 dimensionale modellering van het Lauwersmeer. Daarvoor is hetoriginele model uit 2001 met rooster en bodem (Herstel 1: 3 koppeling) alsbasis gebruikt. Het model is verder uitgebreid met een nieuwe bodem,barrierelementen om de spuisluizen te modelleren, randvoorwaarden enuitvoerpunten.

Met het model zijn een aantal testsommen gedraaid in zowel 2D als 3D.Hoofddoel was om te kijken of het model goed presteert (vergelijking opwaterstanden) en of het mogelijk is om op de droogvallende platen in hetLauwersmeergebied via een gecontroleerd spuibeheer zout water te krijgen.

De resultaten laten zien dat het model de waterbeweging en dezoutdoordringing op het Lauwersmeer redelijk kan representeren. Punten diein de vervolgstudie nog aandacht behoeven zijn onder andere de wind, deanti-creep optie en betere randvoorwaarden m.b.v. Kalman-filtering voorKuststrook. Ook zijn er nog enkele opvallende verschillen tussen het 2D- enhet 3D-model die verder onderzocht dienen te worden.

Referenties Opdrachtbon nummer 6005032 dd 25 nov. 2005

Rev. Auteur Datum Bijzonderh. Gecontroleerd door Goedgekeurd door

0 R. Agtersloot

M. van Reen

7 feb 2006 G. van Banning

1 R. Agtersloot

M. van Reen

31 maart

2006

G. van Banning

2 R. Agtersloot

M. van Reen

25 april

2006

G. Hartsuiker

3 R. Agtersloot

M. van Reen

11 mei 2006 definitief G. Hartsuiker G. v. Banning

Document Specificaties Inhoud Status

Rapport nummer: A1618R2r3

Sleutelwoorden: getij, zout, Lauwersmeer,

barriers, Waqua-in-Simona

Project nummer: A1618

Bestand: A1618R2r3.doc

tekst pagina’s : 23

tabellen : 6

figuren : 50

appendices : -

voorlopig

concept

eindrapport

3D-modellering Lauwersmeer mei 2006

file: A1618R2r3.doc i

SamenvattingIn dit onderzoek is een eerste opzet gemaakt voor de operationalisering van een 3dimensionale modellering van het Lauwersmeer. Daarvoor is het originele model metrooster en bodem uit 2001 (Herstel 1: 3 koppeling) als basis gebruikt. Het model is verderuitgebreid met een nieuwe bodem, barrierelementen om de spuisluizen te modelleren,randvoorwaarden en uitvoerpunten. Voor de diepteschematisatie is gebruik gemaaktvan het AHN (Actueel Hoogtebestand Nederland). Gegevens over de vegetatie zijn nogniet in het model ingebracht, omdat deze nog niet beschikbaar waren. Dit kan in eenvervolgstudie alsnog worden gedaan.

Met het model zijn een aantal testsommen gedraaid in zowel 2D als 3D. Hoofddoel wasom te kijken of het model goed presteert (vergelijking op waterstanden) en of hetmogelijk is om op de droogvallende platen in het Lauwersmeergebied via eengecontroleerd spuibeheer zout water te krijgen.

De waterstanden in een viertal stations op de Waddenzee zijn voor zowel het Kuststrookmodel als het Lauwersmeer model met en zonder wind vergeleken met metingen. Dewaterstanden kwamen redelijk goed overeen. Vooral de laag waters laten nog groteverschillen zien.

De resultaten voor zoutdoordringing en –verspreiding laten zien dat zich in enkeleweken een evenwichtssituatie instelt. De 3D-simulaties laten ook de verwachte verticalegelaagdheid zien. Nabij de inlaatpunten van zoet water is zoals verwacht de sterkstegelaagdheid zichtbaar.

Punten die in de vervolgstudie nog aandacht behoeven zijn onder andere de wind, deanti-creep optie en betere randvoorwaarden m.b.v. Kalman-filtering voor het Kuststrookmodel. Ook zijn er nog enkele opvallende verschillen tussen het 2D- en het 3D-model dieverder onderzocht dienen te worden. Het gebruik van zowel horizontale als verticaledomein decompositie is in deze studie niet toegepast omdat er in deze fase weinigmeerwaarde mee kon worden bereikt.


file: A1618R2r3.doc ii

Inhoud

Lijst van tabellen

Lijst van figuren

1 Inleiding ................................................................................................................................1

1.1 Aanleiding 1

1.2 Doel 1

1.3 Aanpak 11.3.1 Waarom 3D berekeningen 11.3.2 Werkzaamheden realisatie 3D-model Lauwersmeer 2

1.4 Leeswijzer 3

2 Beschikbare gegevens ..........................................................................................................4

2.1 Gebiedsbeschrijving Lauwersmeer 4

2.2 Geografische informatie 42.2.1 Digitaal hoogtemodel 42.2.2 Ruwheden 52.2.3 Wegen, kaden en overlaten 52.2.4 Spuisluizen en gemalen 5

2.3 Meetgegevens 6

3 Model schematisatie ............................................................................................................8

3.1 WAQUA-model Lauwersmeer 8

3.2 Randvoorwaarden 103.2.1 Randvoorwaarden op open zee 103.2.2 Randvoorwaarden sluizen en gemalen 123.2.3 Windcondities 12

4 Testsimulaties in 2D............................................................................................................13

4.1 Doel van de 2D-testsimulaties 13

4.2 Simulatie met volledig geopend spuimiddel 134.2.1 Spuibeheer 134.2.2 Initiële condities 134.2.3 Randvoorwaarden 144.2.4 Resultaten 14

4.3 Simulatie met gecontroleerd peilbeheer op Lauwersmeer 154.3.1 Spui beheer 154.3.2 Initiële condities 154.3.3 Randvoorwaarden 154.3.4 Resultaten 15


file: A1618R2r3.doc iii

5 Simulaties in 3D ..................................................................................................................17

5.1 Inleiding 17

5.2 Verschillen tussen het 2D- en 3D-model 175.2.1 Verticale verdeling 175.2.2 Diffusiecoëfficient 185.2.3 Tijdstap 18

5.3 Simulatie met gecontroleerd peilbeheer op Lauwersmeer 185.3.1 Spuibeheer 185.3.2 Initiële condities 185.3.3 Randvoorwaarden 185.3.4 Resultaten 19

6 Conclusies en aanbevelingen.............................................................................................20

6.1 Conclusies 20

6.2 Aanbevelingen 20

Referenties

Tabellen

Figuren


file: A1618R2r3.doc iv

Lijst van Tabellen

2.1 Beschikbare meetgegevens t.b.v. Lauwersmeer-studie2.2 Saliniteitsmetingen nabij het Lauwersmeer op de Waddenzee2.3 Maand- en jaargemiddelde debieten voor spuisluizen, sluizen en gemalen

Lauwersmeer

4 1 Spuibeheer Lauwersoog, maximale waterstand 0,0 m+NAP in Lauwersmeer

5 1 Samenvatting 2D-simulaties5 2 Verticale verdeling van het 3D-model


file: A1618R2r3.doc v

Lijst van Figuren

2.1 Overzicht van het Lauwersmeergebied2.2 Bodemhoogte van het WAQUA/TRIWAQ-Lauwersmeermodel2.3 Bodemhoogteverschil tussen het nieuwe- en oude-Lauwersmeermodel2.4 Top10 vector-kaart van het Lauwersmeer2.5 Ligging stations met beschikbare meetgegevens uit tabel 2.1, waterstand, wind

en saliniteit Waddengebied2.6 Ligging stations met beschikbare meetgegevens uit tabel 2.1, waterstand en

debiet Lauwersmeer2.7 Maandgemiddelde debieten sluizen en gemalen Lauwersmeer

3.1 Lauwersmeer model rekenrooster; gehele model3.2 Lauwersmeer model rekenrooster; Matrix afbeelding van het rooster3.3 Lauwersmeer model rekenrooster; gedeelte Lauwersmeer3.4 Lauwersmeer model rekenrooster; Omgeving Dokkumer Nieuwe Zijlen3.5 Lauwersmeer model rekenrooster; Omgeving Zoutkamp3.6 Lauwersmeer model rekenrooster; Resolutie van het rooster, gehele model3.7 Lauwermeer model rekenrooster; Resolutie van het rooster, gedeelte

Lauwersmeer3.8 Ligging controlepunten in Kuststrookmodel en steunpunten voor

randvoorwaarden Lauwersmeermodel3.9 Vergelijking simulaties Kuststrookmodel en Lauwersmeermodel met metingen;

station Lauwersoog3.10 Vergelijking simulaties Kuststrookmodel en Lauwersmeermodel met metingen;

station Schiermonnikoog3.11 Vergelijking simulaties Kuststrookmodel en Lauwersmeermodel met metingen;

station Wierumergronden3.12 Vergelijking randvoorwaarden Lauwersmeermodel uit Kuststrookmodel, station

(m,n)=(118,81)3.13 Vergelijking randvoorwaarden Lauwersmeermodel uit Kuststrookmodel, station






(m,n)=(188,84)3.19 Verschil in zoutconcentratie tussen continue lozing buiten van 45 m3/s en

100 m3/s, 18 augustus 3 uur3.20 Verschil in zoutconcentratie tussen continue lozing 100 m3/s buiten en binnen

met continu open spuisluizen, 18 augustus 3 uur3.21 Windsnelheid en richting Lauwersoog

4.1 Ligging uitvoerstations in het Lauwersmeermodel4.2 Tijdreeksen van de waterstand in het Lauwersmeer en op de Waddenzee,

volledig geopende spuisluis


file: A1618R2r3.doc vi

4.3 Tijdreeksen van de saliniteit in het Lauwersmeer en op de Waddenzee, vollediggeopende spuisluis

4.4 Zoutconcentratie op T = 0 dagen in PSU (initiële conditie 2D)4.5 Zoutconcentratie op T = 1 dagen in PSU uit 2D simulatie4.6 Zoutconcentratie op T = 2 dagen in PSU uit 2D simulatie4.7 Zoutconcentratie op T = 5 dagen in PSU uit 2D simulatie4.8 Zoutconcentratie op T = 10 dagen in PSU uit 2D simulatie4.9 Zoutconcentratie op T = 15 dagen in PSU uit 2D simulatie4.10 Tijdreeksen van het debiet door de spuisluizen, volledig geopende spuisluis4.11 Snelheidsveld tijdens maximale instroom, volledig geopende spuisluis4.12 Snelheidsveld tijdens maximale uitstroom, volledig geopende spuisluis4.13 Tijdreeksen van de waterstand in het Lauwersmeer en op de Waddenzee,

gecontroleerd spuibeheer4.14 Tijdreeksen van de saliniteit in het Lauwersmeer en op de Waddenzee,

gecontroleerd spuibeheer4.15 Stroombeeld tijdens maximale instroom, gecontroleerd spuibeheer4.16 Stroombeeld tijdens maximale uitstroom, gecontroleerd spuibeheer4.17 Tijdreeksen afvoer door spuisluis Lauwersoog, gecontroleerd spuibeheer

5.1 Tijdreeksen van de waterstand in het Lauwersmeer en op de Waddenzee,gecontroleerd spuibeheer

5.2 Tijdreeksen afvoer door spuisluis Lauwersoog, gecontroleerd spuibeheer5.3 Tijdreeksen van de saliniteit in het Lauwersmeer en op de Waddenzee,

gecontroleerd spuibeheer5.4 Zoutconcentratie aan het oppervlak5.5 Zoutconcentratie aan de bodem


file: A1618R2r3.doc 1 van 23

1 Inleiding

1.1 AanleidingTen behoeve van het behoud van het open karakter van het Lauwersmeergebied(instandhoudingsdoelstelling) wil SBB de verruiging van de vegetatie tegengaan. Hetbehoud en herstel van brakwaterhabitat wordt daarbij wenselijk bevonden.

Ter bestrijding van de verruiging heeft RWS-NN aan RIKZ gevraagd om te (laten)onderzoeken of het mogelijk is om het gebied (periodiek) te laten overstromen met zoutwater. Daarnaast wil men nader onderzoek doen naar de mogelijkheden van een zekerherstel van estuariene gradiënten en de gevolgen van diverse klimatologische scenario’sop het gebied.

Geconcludeerd is dat voor het uitvoeren van de verkennende studies naar het inlatenvan zout water in het Lauwersmeer een driedimensionaal (3D) hydrodynamisch modelonontbeerlijk is. In deze studie worden de werkzaamheden beschreven die hebbengeleid tot een eerste versie van een operationeel 3D-model van het Lauwersmeer.

1.2 DoelHet doel van deze studie is het uitvoeren van werkzaamheden aan het Lauwersmeermodel die moeten leiden tot een operationeel 3D model van het Lauwersmeer.

1.3 Aanpak1.3.1 Waarom 3D berekeningen

De tot op heden uitgevoerde berekeningen (1D en 2D) bieden te weinig inzicht in dezoutverdeling, zowel horizontaal als verticaal. In de ‘Verkenning Lauwersmeergebied’(2001) werden reeds aanbevelingen gedaan voor de inzet van een 3D-model en ookdoor RIKZ is in reactie op de ‘Quick Scan Estuarien’ de noodzaak tot 3D-modellerenaangegeven.

Het fundamentele verschil tussen 2D en 3D modellen is nu juist dat de effecten vandichtheidsverschillen in de vertikaal netjes kunnen worden meegenomen. Dergelijkeeffecten kunnen onmogelijk in een 2D model worden gesimuleerd. Door middel vanvariabele diffusieblokken is het wel mogelijk de zoutdoordringing te simuleren, maarom op deze manier een realistische zoutverspreiding te krijgen vergt de nodigecalibratie van de waarde van de diffusiecoëfficiënten aan de hand van metingen.

Met de inzet van een 3D-model, waarbij ook de windinvloed wordt meegenomen, is eenrealistischer (en mogelijk ook betrouwbaarder) beeld te verkrijgen van de verdeling enmenging van zoet en zout water, en wel in alle richtingen van het watersysteem (lengte,breedte en diepte). Hiermee is ook de kans op stratificatie (en daarmee ook opzuurstofloosheid) beter te voorspellen en kan meer inzicht worden verkregen in deslibsedimentatie op o.a. de intergetijde platen.



1.3.2 Werkzaamheden realisatie 3D-model Lauwersmeer

De werkzaamheden worden in twee fases opgeknipt. In deze eerste fase (deze studie) ishet bestaande bij het RIKZ aanwezige WAQUA/TRIWAQ-model van het Lauwersmeer(inclusief buitengaats een verdicht deel van het 2D Kuststrookmodel) geschikt gemaaktvoor het kunnen uitvoeren van verkennende 3D berekeningen. Uit deze eersteverkenningen moet o.a. blijken of het überhaupt mogelijk is om binnen korte tijd hetgebied (zone waar zoutminnende vegetatie gewenst is) te laten verzilten. Hetinstrumentarium is in deze studie geschikt gemaakt om hydraulische en morfologischeeffecten bij een aantal (nader te bepalen) scenario’s inzichtelijk te maken. In deaanbevelingen zijn enkele aandachtspunten opgenomen die in een vervolgstudie naderbekeken dienen te worden om het model verder te optimaliseren.

In deze fase van het project zijn de volgende werkzaamheden uitgevoerd:1. Het model is gereed gemaakt voor simulaties in 2 en in 3 dimensies met zout. Het

“oude” model heeft nooit gedraaid, maar bestond slechts uit een rooster en eenbodem en enkele basale schematisatie-elementen. Daartoe zijn de volgendewerkzaamheden uitgevoerd:

a. De bodemschematisatie is geüpdatet (Reitdiep, hoogte maaiveld, wegen,kaden en overlaten);

b. De ruwheidsvelden zijn nog niet aangepast, aangezien devegetatiekarteringen ten tijde van de simulaties nog niet beschikbaar waren(er is voor nu gerekend met een uniforme Manning-waarde);

c. Er is gekeken naar de mogelijkheden van toepassing van DDH/DDVdomeindecompositie, maar in dit stadium is dit niet zinvol geacht;

d. Randvoorwaarden zijn bepaald voor een doodtij-springtij periode met deModellentrein;

e. Modelresultaten voor een viertal meetstations in de Waddenzee nabij hetLauwersmeer zijn vergeleken met metingen;

f. De gevoeligheid van het wel of niet meenemen van wind in hetLauwersmeermodel op de meetstations in de Waddenzee is onderzocht; en

g. Er is gekeken of de open randen van het Lauwersmeermodel voldoende verweg liggen, zodanig dat het open zetten van de sluizen geen of nauwelijkseffect heeft op de waterstanden, snelheden en saliniteiten langs de rand.

2. Testsimulaties in 2D:a. Er is een simulatie gedraaid met een volledig open spuimiddel;b. Er zijn testsimulaties gedraaid om de sturing van de spuimiddelen te bepalen

voor gecontroleerd spuibeheer; enc. Er is een simulatie gedraaid voor gecontroleerd spuibeheer.

3. Testsimulaties in 3Da. Er is een keuze gemaakt voor een verdeling van de (sigma)lagen in het

model;b. Er is gekeken naar de diffusie verdeling en de viscositeitsverdeling in de 3D

simulaties, in combinatie met k-epsilon turbulentiemodellering; enc. De resultaten zijn vergeleken met de 2D simulaties

Er is geen aandacht besteed aan de performance van het Kuststrook model. Dit model isveelvuldig gacalibreerd, gevalideerd en getest en heeft bewezen met en zonder windnaar behoren te presteren. Voor de volledigheid wordt hier ook verwezen naar deresultaten van het Kuststrook model met wind zoals die worden weergegeven in hetrapport over het Herstel van de 1:3-koppeling van de modellentrein (Alkyon 2001). In defiguren 5.51 t/m 5.56 in dit rapport en in de bijbehorende beschrijving op bladzijden 24t/m 26 is te zien dat het Kuststrook model in de omgeving van het Lauwersmeer naar



behoren presteert (ook in een situatie met wind). Door met behulp van Kalman-filteringde randvoorwaarden voor het Kuststrook model te optimaliseren, is nog wel eenverbetering van de resultaten te behalen.

1.4 LeeswijzerHoofdstuk 2 beschrijft de beschikbare gegevens. In hoofdstuk 3 wordt de inrichting vanhet model en de wijze waarop schematisaties zijn gemaakt/verbeterd omschreven. Inhoofdstuk 4 worden de testsimulaties beschreven die met het model in 2 dimensies zijnuitgevoerd. Hoofdstuk 5 beschrijft de resultaten van enkele 3D testsimulaties. Op basisvan de bevindingen tijdens het uitvoeren van de werkzaamheden, worden in hoofdstuk6 conclusies en aanbevelingen gegeven.



2 Beschikbare gegevens

2.1 Gebiedsbeschrijving LauwersmeerHet Lauwersmeer, een gebied met een oppervlakte van ongeveer 9000 hectare, bevindtzich in het noorden van Nederland rond de grens van de provincies Friesland enGroningen, zie figuur 2.1. Van oorsprong was het gebied, als de Lauwerszee bekend enals een open estuarium verbonden met de Waddenzee.

Het Lauwersmeer is het restant van een riviermonding waarvan de totale oppervlakterond het jaar 1000 nog ca. 22.000 ha besloeg. Dit estuarium, de monding van enkeleriviertjes in de Waddenzee, is in de eeuwen daarna door opeenvolgende bedijkingenverkleind. In mei 1969 wordt het gebied in verband met de veiligheid tegenoverstromingen afgesloten van de Waddenzee. De afsluitdijk is 13 kilometer lang enbevat een schutsluis en een serie van 12 spuisluizen van elk 10 meter breed. Despuisluizen zorgen voor de afwaterende functie van de omliggende gebieden. Al dezegebieden lozen via gemalen of spuisluizen. De grootste afgesloten waterlopen zijn hetDokkumerdiep en het Reitdiep. Het gehele buitendijkse gebied is nu ca. 9000 hectaregroot. In het Lauwersmeer wordt een beheerspeil aangehouden van –0,93 m+NAP.

Onderdeel van het Lauwersmeer is het militair oefengebied Marnewaard. Dit gebiedgelegen aan de noordoostzijde van het Lauwersmeer beslaat een gebied van ongeveer1600 hectare. Het gebied wordt aan de Lauwersmeer zijde omsloten door de Marneweg. Deze wat hoger gelegen weg sluit het gebied min of meer af van de rest van hetLauwersmeer.

2.2 Geografische informatie2.2.1 Digitaal hoogtemodel

Met name voor de ondiepe gebieden in het Lauwersmeer model is het van belang datdeze gebieden met de juiste bodemhoogte in het model zitten. De bodemhoogte vandeze gebieden is bepaald uit het AHN-hoogtemodel uit 1997. Dit hoogtemodel gaat uitvan een raster van 5 x 5 meter (1 punt / 25 m2) en dit is meer dan voldoende om hetLauwersmodel te kunnen actualiseren.

In figuur 2.2 is zichtbaar dat bij het opnemen van het AHN de waterspiegel terugkomt.In de geulen van het gebied blijkt de waterstand circa -0,88 m+NAP te zijn geweesttijdens het opnemen van het AHN. Middels een triangulatie-interpolatie zijn de AHN-hoogtegegevens vertaald naar het rekenrooster van het Lauwersmeer-model.Vervolgens zijn de natte delen (herkenbaar aan een waarde van -0,88 m+NAP)verwijderd uit het hoogtemodel en vervangen door de oorspronkelijke bodemhoogten.Figuur 2.2 toont het geactualiseerde hoogtemodel. Ten behoeve van de TRIWAQ-modellering (Triwaq kan niet met overlaten omgaan) is besloten om de in het gebiedvoorkomende wegen alleen in het hoogtemodel op te nemen. Dit is dus ook de enigemogelijkheid om het wel/niet overstromen van de Marnewaard eventueel mee tenemen. De hoogte van de weg rond de Marnewaard is in overleg met de opdrachtgeverop NAP + 0,5 m gezet.

Buiten het Lauwersmeer zelf zijn de hoogtegegevens niet vervangen, hier is gebruikgemaakt van de gegevens uit het bestaande Lauwersmeer model (zie Hoofdstuk 3)



Het verschil tussen het oorspronkelijke hoogtemodel en het nieuwe hoogtemodel wordtzichtbaar gemaakt in figuur 2.3. Te zien is dat de verschillen over het algemeen binnende 0,5 meter liggen. Een uitzondering daarop vormt bijvoorbeeld de afsluiting van deMarnewaard, waar de scheiding nu duidelijk hoger ligt dan in het oorspronkelijkemodel.

2.2.2 Ruwheden

Van het Lauwersmeergebied gebied is een vegetatiestructuurkaart beschikbaar uit 2004.Aangezien deze kaart pas na afloop van de uitvoering van de simulaties beschikbaarkwam, is deze niet in het model meegenomen.

Voor de ruwheid is daarom vastgehouden aan de in het model aanwezige uniformeManning-ruwheid van 0,024. Voor de 3D simulaties is gebruik gemaakt van eenruwheidslengte formulering volgens de Z0-methode.

Naar verwachting zal de invloed van het meenemen van de vegetatiekaarten in debodemruwheid over het algemeen zeer gering zijn, voornamelijk omdat het op deondiepten waar dit van invloed is niet of nauwelijks stroomt. Op de diepere delen is degekozen benadering voldoende nauwkeurig. Immers ook op de diepere delen zijn destroomsnelheden gering.

2.2.3 Wegen, kaden en overlaten

In het huidige WAQUA-model komen geen wegen voor. Op basis van topografischekaarten is vastgesteld dat in het gebied wel wegen voorkomen die (op basis van hunhoogte) een aanmerkelijke invloed op het inundatiegedrag kunnen hebben. Daaromzijn de betreffende wegen, kaden en andere lijnelementen overgenomen uit de Top10vector kaart (zie figuur 2.4) en vertaald naar bodemhoogten in het WAQUA-model (ziefiguur 2.2).

2.2.4 Spuisluizen en gemalen

In het gebied komen verschilllende kunstwerken voor. Het betreft hier de spuisluis bijLauwersoog, het gemaal Electra, de Friese Sluis bij Zoutkamp, de spuisluis bij DokkumerNieuwe Zijlen en de gemalen Dongerdeel en Ezumazijl. Met uitzondering van despuisluizen bij Lauwersoog zijn deze kunstwerken niet gemodelleerd maar in het modelopgenomen als continue (jaargemiddelde) lozingen.

De spuisluis bij Lauwersoog speelt een belangrijke rol bij het toelaten van het getij ophet Lauwersmeer. Daarom is getracht om de afmetingen van de spuisluis zo nauwkeurigmogelijk over te nemen in het Lauwersmeermodel. Uit gegevens van de opdrachtgeverblijkt dat de vloer van de spuisluis op -5,00 m+NAP ligt en de bovenzijde op -0,50m+NAP. De totale breedte aan doorstroomopeningen is 120 meter, zodat het totaleoppervlak aan uitstroomopeningen 4,5 x 120 = 540 m2 bedraagt. Het gaat om 12openingen van 10 meter elk, waarbij om de 4 openingen een breder steunpunt isgecreëerd (m.a.w. 3 groepen van elk 4 openingen). De debietgegevens wordenhieronder beschreven



2.3 MeetgegevensIn en rond het Lauwersmeer zijn metingen verricht. Deze metingen hebben betrekkingop debieten, wind, saliniteiten en waterstanden. In tabel 2.1 staat een overzicht van debeschikbare meetgegevens. De coördinaten van de meetpunten staan erbij en delocaties zijn weergegeven in figuur 2.5 (Waddenzee) en figuur 2.6 (Lauwersmeer).

De beschikbare gegevens van de wind, saliniteiten en waterstanden zijn niet allemaalgebruikt in deze studie. In een vervolgfase kunnen deze eventueel gebruikt worden omeen verdere vergelijking te maken met actuele simulatieresultaten voor de dagen dat demetingen verricht zijn.

De saliniteitsgegevens zijn weergegeven in tabel 2.2. De tabel laat zien dat deveranderingen in saliniteit op de Waddenzee gering zijn. De variatie is uiteraard grotervlak onder de kust. De variaties zijn het gevolg van variaties in Rijn afvoer(Kornwerderzand en Den Oever en Haringvliet/Nieuwe waterweg), maar ook de zoeteafvoer vanuit het Lauwersmeer. Anderzijds kunnen seizoensinvloeden en stormen eenrol spelen. De zoete afvoer vanuit Kornwerderzand wordt bijvoorbeeld bij eenzuidwesterstorm langs de Friese kust naar het Oosten gedreven. Het maximum ligt overhet algemeen dichter bij het gemiddelde dan het minimum. Kortstondige hoge afvoerenkunnen leiden tot wat minder zoute uitschieters.

De wind in Lauwersoog is niet gebruikt in de simulaties. Wel is gekeken naar het effectvan het wel of niet meenemen van HIRLAM wind- en drukvelden op de resultaten op deWaddenzee. Indien er wordt gerekend met astronomische condities (of een periode metweinig wind), is het ook niet nodig wind op te leggen. Indien een periode met forsewind zou worden doorgerekend, is het mogelijk om in plaats van HIRLAM wind- endrukvelden de tijdserie voor Lauwersoog op te leggen als een alleen in de tijd en nietruimtelijk variërende wind.

Naar verwachting speelt de wind op het Lauwersmeer onder normale omstandighedeneen ondergeschikte rol. De reden daarvoor is dat de omvang van het gebied beperkt isen anderzijds dat de spuisluizen en de turbulentie die deze genereren leiden tot eengoed gemengd systeem nabij de spuisluizen. De stratificatie die er mogelijk op enigeafstand van de spuisluizen optreedt is voornamelijk het gevolg van zout-zoet effecten enniet van wind. Onder stormomstandigheden zorgt de wind enerzijds voor een verticalemenging en anderzijds voor windgedreven stromingen die de verspreiding medebepalen. In de beginfase na openen van de spuisluizen zal de wind mogelijk wel een rolvan betekenis spelen bij de initiële menging en verspreiding.

Voor het opleggen van de wind bestaat naast de HIRLAM wind- en drukvelden en detijdserie van Lauwersoog ook de mogelijkheid van downscaling. Deze module van hetKNMI neemt de omliggende landmassa’s mee om meer realistische land-waterovergangen in de windvelden te genereren. Gezien de kleine omvang van hetLauwersmeer en het experimentele karakter van de downscaling geeft deze methodeweinig meerwaarde ten opzichte van het opleggen van tijdseries van Lauwersoog.

De debietgegevens zijn gebruikt om de debietaanvoer van het model te bepalen. Dedebietaanvoer voor het model is het jaargemiddelde debiet, uitgedrukt in m3/s (zietevens paragraaf 3.2.2). In tabel 2.3 staan per locatie het maandgemiddeld en hetjaargemiddeld debiet. De debieten bij Lauwersoog zijn de debieten uit het Lauwersmeeren zijn opgenomen als negatieve debieten. De jaren waarover de gemiddelde debieten



zijn bepaald, verschillen per locatie. Dit verschil in periodes is één van de oorzaken datde waterbalans (laatste kolom) niet sluitend is.

In de waterbalans zijn de neerslag (825 mm/jaar) en de verdamping (575 mm/jaar) nietmeegenomen. In figuur 2.7 zijn de maandelijkse debieten van de verschillende locatiesuitgezet. De positieve debieten zijn cumulatief uitgezet op de linker verticale as en hetnegatieve debiet op de rechter verticale as. In de maanden april, mei en augustus is ereen gemiddeld debietoverschot terwijl de andere maanden er een debiettekort is.



3 Model schematisatie

3.1 WAQUA-model LauwersmeerDe schematisatie van het WAQUA Lauwersmeer model is gemaakt door Alkyon in hetkader van herstel 1:3 koppeling van de modellentrein (Alkyon, 2001). Het betrof slechtseen eerste opzet van het model bestaande uit een rooster en een bodem, onvoldoendeom simulaties met het model te draaien.

Het WAQUA-model voor het Lawersmeer is in het zeegebied genest in het Kuststrook-model. Het Lauwersmeer-model is globaal een factor drie fijner dan het Kuststrook-model. Verder beschrijft het model het Lauwersmeer met uitzondering van het meestnoordelijke deel van de Marnewaard. Vanwege de gekozen matrix-opbouw was het nietmogelijk dit gebied op te nemen in de schematisatie.

Hieronder volgt een beschrijving (grotendeels overgenomen uit Alkyon 2001).

3.1.1 Het rooster

Het roosterontwerp voor het buitengebied is gestart vanuit een uitsnede van hetKuststrook model. Door het invoegen van extra roosterlijnen in M-richting is degewenste resolutie in de omgeving van het spuicomplex bereikt. Het rooster voor hetbinnengebied volgt zo goed mogelijk de hoofdrichting van de oude stroomgeulen.Vooral de ligging van de relatief smalle geulen in het zuidelijk deel van hetLauwersmeer zijn bepalend geweest.

De koppeling tussen het buitengebied en het binnengebied vindt plaats in een trajectvan circa 4 kilometer rondom het bestaande spuicomplex (vooral in westelijke richting).In dit traject waar de oude hoofdgeul nog aanwezig is kunnen extra spuimiddelenworden gebouwd voor het realiseren van een getemd getij op het Lauwersmeer. Inoostelijke richting is het rooster ‘losgeknipt’ waardoor geen koppeling tussen hetbinnen- en buitengebied mogelijk is. Een en ander geeft echter wel de mogelijkheid tothet ontwerpen van een acceptabel rooster voor dit gedeelte van het Lauwersmeergebied. Het ontworpen rooster representeert, afgezien van een klein gedeelte in hetnoordoostelijke deel, het volledige Lauwersmeer tot aan de oude hoogwater kerendedijken.

Ten aanzien van het rekenrooster van het Lauwersmeer gebied zijn uiteindelijk devolgende uitgangspunten gehanteerd:• onder aanname van een vaste verdichtingsfactor is een koppeling met het rooster

van het Kuststrook model mogelijk;• ten aanzien van de resolutie zijn ook de relatief smalle geulen met een voldoende

mate van detail (4 à 5 mazen in de breedte) geschematiseerd;• de mogelijkheid tot het doorrekenen van een 'getemd' getij is door de keuze van

het rooster niet geblokkeerd.

Een overzicht van het gehele rooster is gegeven in figuur 3.1. De ligging van debuitenranden van het zeegebied zijn min of meer voorlopig gekozen, op basis van deveronderstelling dat dit ver genoeg van het Lauwersmeer is om aldaar geen invloed temerken van het weer openstellen van het Lauwersmeer op de waterstanden,stroomsnelheden en saliniteiten. Of dit inderdaad het geval is, zal in paragraaf 3.2.1



nader worden bekeken. De westelijke waddenrand ligt globaal ter plaatse van hetwantij achter Ameland. De oostelijke waddenrand is gelegd ter hoogte van de ondiepegedeelten achter het Simonszand, tussen Schiermonnikoog en Rottummeroog. Mogelijkmoet deze rand in westelijke richting worden verschoven tot het wantij achterSchiermonnikoog. De binnenranden zijn gelegd bij de Dokkummer Nieuwe Zijlen aan deuitloper van het Dokkummerdiep en op het Reitdiep bij het gemaal Electra.

De matrixrepresentatie van het rooster wordt gegeven in figuur 3.2. Het aantalroosterpunten van het rooster bedraagt 229 x 556 = 127.324 waarvan circa 79.700, dusorde 63%, actief.

In figuur 3.3 wordt het rooster gegeven voor het gehele Lauwersmeer gebied. Dezefiguur geeft een duidelijk beeld van de aansluiting op het buitengebied. Over eenlengte van circa 4 kilometer rondom het bestaande spuicomplex bestaat de mogelijkheidtot een koppeling van het Lauwersmeer en de Waddenzee. De gebieden achter deaanwezige hoofdwegen zijn vrijwel volledig opgenomen in het rekenrooster.

De figuren 3.4 en 3.5 geven details van het rooster voor respectievelijk de omgeving vande Dokkummer Nieuwe Zijlen en de omgeving van Zoutkamp. Te zien is dat de relatiefsmalle geulen in deze gebieden met minimaal 4 cellen worden gerepresenteerd.

De figuren 3.6 en 3.7 geven de resolutie van het rekenrooster voor respectievelijk hetgehele model en het gedeelte van het Lauwersmeer. Te zien is dat de resolutie varieertvan orde 200 m langs de buitenrand van het zeegebied tot orde 20 à 30 m in de smallegeulen in het zuidelijk deel van het Lauwersmeer

Tussen de Waddenzee en het Lauwersmeer zit één doorlaatopening, spuisluisLauwersoog. In het WAQUA-model is deze spuisluis meegenomen als barrier over tweeroostercellen. De effectieve lengte van de spuisluis is 120 meter. Omdat de totale lengtevan de roostercellen 167 meter is is een correctiefactor van 0,72 op de WAQUA-lengtetoegepast om de werkelijke lengte van de spuisluis goed te kunnen weergeven.

Aan de zuidzijde van het Lauwersmeer zitten zowel het Reitdiep als het Dokkumerdiepover een lengte van enkele kilometers in het model. Ter plaatse van het gemaal Electraen Dokkumer Nieuwe Zijlen liggen debiet-instroomranden.

3.1.2 De bodem

In het kader van de opdracht Herstel 1:3 (Alkyon, 2001) is geen volledig model voor hetLauwersmeer gebied gebouwd. Er is alleen een diepteschematisatie uitgevoerd op basisvan de indertijd beschikbare dieptegegevens. Een en ander betekent voor deverschillende gebieden van dit model het volgende:

• de diepten in het waddengebied en aansluitende zeegebied zijn geschematiseerdvolgens peilingen van 1999;

• de geulen in het Lauwersmeer gebied zijn geschematiseerd volgens degedigitaliseerde lodingen van 1982 tot 1984; de ondiepe delen zijn geschematiseerdvolgens de lodingen van 1967 en 1968; en

• de diepten in het Reitdiep zijn niet geschematiseerd wegens het ontbreken vangegevens.

Voor deze studie was tevens het Actueel Hoogtebestand van Nederland beschikbaar.Voor het gedeelte boven het referentieniveau zijn deze gebruikt. Voor dieper gelegen



delen is de bodemschematisatie op basis van de hierboven beschreven gegevensgebruikt, zoals omschreven in paragraaf 2.2. De wegen en de kades zijn in de bodemingebracht voorzover binnen de schematisatie mogelijk.

3.2 Randvoorwaarden3.2.1 Randvoorwaarden op open zee

De randvoorwaarden op open zee zijn afgeleid uit een simulatie voor 6 maanden methet Kuststrook model. In dit Kuststrook model zijn HIRLAM wind- en drukveldenopgelegd. De randvoorwaarden voor het Kuststrook model zijn weer afkomstig uit hetZuidelijke Noordzee model. Ook dit model is met wind- en drukvelden gedraaid.

Uit deze 6 maanden simulatie is een willekeurige periode van 15 dagen gekozen. Hetbetreft de periode van 18 augustus tot en met 2 september 2001. Het was de bedoelinghiervoor een representatieve springtij doodtij simulatie van 15 dagen te kiezen. Dat isniet gebeurd. Het betreft nu deze min of meer willekeurige periode van 15 dagen (dienatuurlijk wel een springtij doodtij cyclus dekt) met windinvloed. De windinvloed is indeze periode zeker niet te verwaarlozen, maar er hebben zich geen stormen in dezeperiode voorgedaan. De maximale windsnelheid voor station Lauwersoog in dezeperiode bedroeg ruim 10 m/s (Beaufort 5).

Vervolgens is voor bovengenoemde periode van 15 dagen bepaald wat de optredendewaterstanden en snelheden zijn ter plaatse van de randen van het Lauwersmeer-model.Hiertoe zijn in het Kuststrook-model controlepunten gelegd (zie figuur 3.8). Dezegegevens zijn vervolgens samengesteld tot een randvoorwaarden file voor hetLauwersmeer model.

Aan de westen oostrand van het Lauwersmeer-model zijn snelheidsranden opgelegd.Aan de noordzijde van het model is een Riemann-rand gedefinieerd. De keuze voorsnelheidsranden hangt samen met het feit dat Riemann-randen niet op ondiep wateropgelegd kunnen worden.

De met het Kuststrookmodel en met het Lauwersmeermodel berekende getij isvergeleken met de meetreeksen in diverse vaste meetstations in de omgeving van hetLauwersmeer, te weten: Lauwersoog, Schiermonnikoog en Wierumergronden, (zie figuur3.8). De resultaten van het Kuststrookmodel en het Lauwersmeermodel wordtgepresenteerd in de figuren 3.9, 3.10 en 3.11. Eveneens zijn de resultaten van eensimulatie van het Lauwersmeer model weergegeven waarin wel dezelfde wind zoalsgebruikt in het Kuststrook model (HIRLAM) is opgelegd.

Een vergelijking tussen de modelresultaten van het Kuststrookmodel en de metingentoont aan dat voornamelijk rond laag water de grootste verschillen optreden. Zelfs opzee in station Wierumergronden (figuur 3.11) zijn verschillen tot 20 cm zichtbaar, terwijlin station Lauwersoog de verschillen oplopen tot 40 cm. Opvallend is dat in hetKuststrookmodel de hoog waters in station Schiermonnikoog slechter wordengesimuleerd dan in de twee andere stations.

Een resultaten van het Lauwersmeermodel laten zien dat voor station Wierumergrondende laag waters nog iets hoger uitkomen dan in het Kuststrookmodel. De hoog watersliggen ongeveer 15 cm lager. De simulatie met en zonder wind in hetLauwersmeermodel tonen geen verschillen. In station Lauwersoog is de getijrange in het



Lauwersmeermodel kleiner dan in het Kuststrookmodel. Indien wind wordt opgelegd,wordt de amplitude nog kleiner doordat de laag waters hoger komen.

Behalve snelheid en Riemann randvoorwaarden zijn op de open rand van hetLauwersmeermodel voor dezelfde reeks van controlepunten de zoutconcentratie alstijdreeks opgegeven. Uitgangspunt bij de zoutconcentratie op de randen van hetLauwersmeer-model is een constante lozing in het Kuststrookmodel van 45 m3/s vanuithet Lauwersmeer. Om na te gaan in hoeverre de zoutconcentratie ter plekke van deopen rand van het Lauwersmeermodel wordt beïnvloed door deze zoete lozing is ookeen simulatie uitgevoerd met het Kuststrookmodel met een constante lozing van100 m3/s. Deze 100 m3/s stemt overeen met de maximale lozing zoals deze is bepaald uitde meetgegevens (zie paragraaf 2.3). Tenslotte is een simulatie gedraaid waarbij delozing van 100 m3/s is opgelegd in het Lauwersmeer en de spuisluizen volledig openstaan. Deze simulatie dient om te kijken of de rand van het Lauwersmeermodel invloedondervindt van het open stellen van het spuisluizen.

In de figuren 3.12 tot en met 3.18 zijn voor de apart aangegeven steunpunten uit figuur3.8 de waterstand, de stroomsnelheid en –richting en de saliniteit als functie van de tijdweergegeven. De open rand ligt, gelet op de eerste drie parameters, voldoende ver wegom geen invloed meer te zien van het Lauwersmeer. (In de stroomrichting zijn welverschillen tijdens de kentering zichtbaar, maar dat komt doordat de richting danonbepaald is.)

Alleen in de saliniteit treden duidelijke verschillen op. Ten opzichte van de simulatie meteen lozing van 45 m3/s neemt voor een lozing van 100 m3/s de gemiddelde saliniteit af,en wordt de variatie groter. Dit gebeurt hoofdzakelijk in de Waddenzee ten zuidoostenvan Schiermonnikoog (station (m,n)=(118,81)). Op zee en langs de rand ten zuiden vanAmeland zijn de verschillen minimaal. Ten opzichte van de simulatie waarbij op deWaddenzee wordt geloosd, laat de simulatie met lozing op het Lauwersmeer kleinerevariaties zien. De variatie neemt in de loop van de tijd nog wel af.

In figuur 3.19 is voor een moment het verschil in verspreiding te zien tussen de continuelozingen van 45 en 100 m3/s op de Waddenzee. Het gebied waarin het verschil groterdan 2 PSU is, strekt zich ongeveer 20 km oostwaarts uit, voorbij de ligging van deoostelijke rand van het Lauwersmeergebied. Figuur 3.20 geeft het verschil inverspreiding tussen de simulatie met 100 m3/s op de Waddenzee en dezelfdehoeveelheid op het Lauwersmeer met volledig open spuisluizen. Indien op hetLauwersmeer wordt geloosd, zal tijdens de vloed geen water naar buiten stromen. Hetgedurende de vloedperiode geloosde debiet stroomt dan tijdens de ebperiode naarbuiten. Netto stroomt er echter nog steeds 100 m3/s zoet water naar buiten.

Er zijn duidelijk drie gebieden te onderscheiden:

Oostelijk van het Lauwersmeer: doordat er tijdens de vloed geen zoet water naar buitenstroom, wordt er door de vloedstroom op de Waddenzee meer zout water naarhet oosten getransporteerd.

Westelijk van het Lauwersmeer: doordat er tijdens de eb extra zoet water naar buitenstroomt en dit door de ebstroom naar het westen stroomt, neemt daar de saliniteitaf.



Net buiten de spuisluizen: doordat het zoute water in het Lauwersmeer doordringt is dezoutgradiënt naar het Lauwersmeer verplaatst, waardoor de saliniteit direct voorde spuisluizen toeneemt.

3.2.2 Randvoorwaarden sluizen en gemalen

De randvoorwaarden voor de in het gebied liggende sluizen en gemalen zijn afgeleid uitmeetgegevens die door de opdrachtgever beschikbaar zijn gesteld (zie ook paragraaf2.3). Voor de in deze paragraaf genoemde constructies gelden de volgendejaargemiddelde waarden:

sluis Electra / Zoutkamp 17,5 m3/ssluis Dokkumer Nieuwe Zijlen 21,0 m3/sgemaal Dongerdeel 1,4 m3/sgemaal Ezumazijl 0,1 m3/s (niet meegenomen in WAQUA-model)

Totaal komt dit uit op 41 m3/s. Het jaargemiddelde lozingsdebiet van spuisluisLauwersoog bedraagt 44 m3/s. Er zijn vele verklaringen mogelijk voor dit verschil. Hetkan het gevolg zijn van neerslag of verdamping, van meetonnauwkeurigheden of vaneen niet volledig juiste bepaling van de afvoercoëfficiënten van de spuisluis. Soortgelijkefouten worden gevonden bij vele andere balansen (b.v. Amsterdam Rijnkanaal,Noordzeekanaal en IJsselmeer Vecht en IJsseldelta).

Het water wat het Lauwersmeer instroomt via de sluizen en gemalen wordt zoetveronderstelt, dus een zoutconcentratie van 0,3 kg/m3.

3.2.3 Windcondities

In deze verkennende studie zijn voor de simulaties met het Kuststrookmodel (t.b.v hetgenereren van randvoorwaarden) ruimtelijk variërende HIRLAM wind- en drukveldenopgelegd. Voor het Lauwersmeermodel is gekeken hoe groot het effect van het wel ofniet meenemen is. In figuur 3.21 is de tijdserie van de wind in station Lauwersoogweergegeven. Voor de periode 18 tot 25 augustus is te zien dat de wind nauwelijksboven de 8 m/s uitkomt (Beaufort 4). Dit betekent dat het getij in de geselecteerdeperiode vrijwel overeenkomt met een astronomisch getij. In figuren 3.9 tot en met 3.11is het effect op de waterstanden van het wel of niet meenemen van de wind voor hetLauwersmeermodel bekeken. De simulatie zonder wind gaf betere waterstanden in dedrie meetstations in de waddenzee.

In deze studie is alleen gekeken naar het effect van de wind op de Waddenzee en nietop de stroming en zoutverspreiding in het Lauwersmeer. In een vervolgfase dient heteffect van wind verder onderzocht te worden, bijvoorbeeld voor de verspreiding van hetzout op het Lauwersmeer.



4 Testsimulaties in 2D

4.1 Doel van de 2D-testsimulatiesDe testsimulaties dienen verschillende doelen. In eerste instantie moet het WAQUA-model van het Lauwersmeer 'aan de praat' worden gekregen met randvoorwaarden uithet Kuststrook-model. Vervolgens kunnen de 2D-simulaties worden gebruikt om relatiefsnel een gevoel te krijgen van de mogelijkheden voor getij in het Lauwersmeer, zoals:• Wat zijn de consequenties van het volledig openen van de spuisluis Lauwersoog?• Komt het water wel op de hogere delen?• Hoe snel en hoe ver is de zoutindringing?• En wat zijn de gevolgen van een specifiek spuibeheer waarbij de spuisluis

Lauwersoog slechts een deel van de tijd geopend is?

Ervaringen met WAQUA modellen van de Waddenzee hebben aangetoond dat het lozendoor spuisluizen goed kan worden nagebootst door het definieren van barrier-elementen. Voor een validatie met geopende spuimiddelen zijn uiteraard geenmetingen beschikbaar en zullen voorlopig ook niet beschikbaar komen. Debetrouwbaarheid van het model voor een “getij”-situatie zal zonder metingen nietkunnen worden aangetoond. Een factor die hier een rol inspeelt is de afvoercoëfficiëntbij vulling van buiten naar binnen. De spuisluizen zijn waarschijnlijk gebouwd op een zooptimaal mogelijke lozing van binnen naar buiten. Daarom is bij gebruik van de huidigespuimiddelen van buiten naar binnen naar verwachting een veel lager rendement teverwachten.

4.2 Simulatie met volledig geopend spuimiddel4.2.1 Spuibeheer

In deze simulatie staan alle schuiven van het spuimiddel Lauwersoog volledig open. Ditbetekent dat er tot 2000 m3/s uitwisseling is tussen het Lauwersmeer en de Waddenzee.

4.2.2 Initiële condities

Het uitgangspunt van deze simulatie is (onder ander) het visualiseren van dezoutindringing. Om dit goed zichtbaar te maken wordt het Lauwersmeer volledig zoetverondersteld. Hierdoor is met deze simulatie het binnendringen van het zout goed tevolgen. Verder is de waterstand in het Lauwersmeer initieel -0,93 m+NAP. Omdat deinitiële waterstand op de Waddenzee hoger ligt (0 m+NAP) zal het zoute water directhet gebied instromen. Deze keuze is arbitrair. Ook had bij laag water kunnen wordenbegonnen.

De diffusiecoëfficiënt is voor deze simulatie op 30 gezet. Dat is een niet ongebruikelijkewaarde voor een 2D simulatie van een goed gemengd systeem. In het verleden hebbensoortgelijke simulaties met de spuimiddelen in de Afsluitdijk aangetoond dat dit eenjuiste keuze is, die zorgt voor een redelijke overeenkomst met een 3D simulatie.Overigens is uiteraard de gelaagdheid en het zouteffect met een 2D simulatie nooit juistna te bootsen.



4.2.3 Randvoorwaarden

De randvoorwaarden voor deze simulatie staan beschreven in het vorige hoofdstuk.Voor het Lauwersmeer model zijn geen HIRLAM wind- en drukvelden opgelegd, zodatde verspreiding niet door wind wordt beïnvloed. Doordat de ruimtelijk en in de tijdvariërende wind wel in het Kuststrook is meegenomen, is het effect van de wind wel inde randvoorwaarden meegenomen.

4.2.4 Resultaten

Bij een volledig geopende spuisluis ontstaat een beperkte vorm van getij in hetLauwersmeer. Tussen eb en vloed zit een verschil van circa 0,6 meter. Figuur 4.2 toonthet getijde in het Lauwersmeer ter plaatse van de vier controlepunten uit figuur 4.1.Duidelijk zichtbaar is dat de waterstand in het Lauwersmeer nauwelijks onder 0,0m+NAP komt. De maximale waterstand in het gebied bedraagt circa 0,70 m+NAP. Terillustratie is ook een tijdreeks van het getij in de Waddenzee opgenomen. Zichtbaar isdat het getij bereik op de Waddenzee tussen de 1,5 en 2,5 meter bedraagt. (doodtij –springtij).

Uiteraard zal de gemiddelde waterstand op het Lauwersmeer hoger liggen dan degemiddelde waterstand op de Waddenzee. Dat is een logische gevolg van de weerstanddie de spuisluizen vormen bij het naar binnen en naar buiten laten van water enanderzijds de zoete afvoer die er vanuit de verschillende gemalen op het gebied wordtgeloosd.

Uiteraard zijn dit allen berekende waarden. Er bestaan immers geen meetwaarden voorde situatie met geopende sluizen. De positie geul Waddenzee is een positie voor despuisluizen op de Waddenzee.

In deze situatie komt het zoute water ook op de hoogst gelegen gebieden. In figuur 4.2is te zien dat er weinig variatie in de waterstand op het Lauwermeer is. De maximalewaterstand die bereikt wordt is ongeveer +0.65 m NAP. Op een aantal gebieden langs deranden van het Lauwersmeer na is het gehele gebied dan gevuld. Ook het gebied van deMarnewaard is dan overstroomd.

De zoutindringing gaat in deze situatie zeer snel. Na circa 10 dagen is het Lauwersmeervrijwel volledig verzilt en zijn ook het Reitdiep en het Dokkumerdiep niet meer volledigzoet. Figuur 4.3 geeft een tijdserie van het verloop van de zoutconcentratie op eenaantal punten in het Lauwersmeer.

Figuur 4.4 tot en met 4.9 laten de zoutconcentratie verdeling in het horizontale vlakzien, vanaf T = 0 dagen tot en met T = 15 dagen. Goed zichtbaar is dat er na zo'n 10dagen weinig veranderingen meer optreden. Het model lijkt na 10 dagen goed te zijningespeeld. Dit komt overeen met de verwachtingen, het kost relatief weinig tijd hetzout te laten inspelen. Het volume zout water dat tijdens een getij in en uitstroomt, isvele malen groter dan de zoete aanvoer vanuit het Reitdiep en het Dokkumerdiep(samen 41 m3/s).

Bij een volledig geopende spuisluis Lauwersoog ontstaan ter plaatse van de spuisluishoge debieten en stroomsnelheden. Een negatief debiet is naar buiten gericht. Figuur4.10 toont de tijdreeks van het debiet door de spuisluis tijdens de simulatie. Zichtbaar isdat de maximale afvoer circa 2000 m3/s bedraagt. Dit komt goed overeen met het(theoretisch) maximaal mogelijke debiet door de spuisluis, op basis van de doorsneden



van de spuimiddelen, de afvoercoëfficiënten en het waterstandsverschil. Figuur 4.11 en4.12 tonen voor maximale in- en uitstroom de snelheden bij de spuisluis. De berekendesnelheden bedragen circa 4,0 m/s.

4.3 Simulatie met gecontroleerd peilbeheer op Lauwersmeer4.3.1 Spui beheer

Doel van deze simulatie is het toelaten van het getij op het Lauwersmeer waarbij demaximale waterstanden in het gebied circa 0,0 m+NAP mogen bedragen. Het is niet debedoeling dat er een ‘afgetopt’ getijde ontstaat waarbij het spuimiddel volledig sluitzodra de waterstand in het Lauwersmeer 0,0 m+NAP is en vervolgens voor een periodevan enkele uren gesloten blijft. Het getij moet een zo ‘natuurlijk’ mogelijk verloophebben, met een maximale waterstand van circa 0,0 m+NAP en een getijvormig verloopvan de waterstanden in de tijd. Om dit gewenste verloop te krijgen is de sturing in eenaantal iteratieslagen zo aangepast dat een zo natuurlijk mogelijk verloop wordt bereikt.Het stuwbeheer uit tabel 4.1 is uiteindelijk in de definitieve simulaties opgelegd.

In werkelijkheid zijn er veel meer mogelijkheden om de spuisluizen te sturen, immers erzijn 12 spuisluizen in het complex aanwezig die onafhankelijk van elkaar kunnenworden aangestuurd. In het model zijn er echter slechts twee spuimiddelengeschematiseerd.


In deze simulatie is de getijbeweging belangrijker dan het binnendringen van het zout.Voor het zout zal na verloop van tijd een evenwichtstoestand ontstaan, waarbij er eenevenwicht ontstaat tussen het zoete water uit de gemalen en sluizen en hetbinnenkomende zoute water uit de Waddenzee.

Als initiële condities voor deze simulatie is dan ook een moment gekozen uit desimulatie van paragraaf 4.2, dat qua getij overeenstemt met het begin van derandvoorwaardenreeks. Met de waterstanden, snelheden en zoutverdeling van ditmoment is de simulatie met gecontroleerd peilbeheer begonnen. Hierbij is dus deMarnewaard in de simulatie met volledig open sluizen al ondergelopen en brak, terwijlin deze simulatie met een maximale waterstand van 0,0 m NAP dit gebied niet onder zoulopen. Aangezien er verder ook geen wind is opgelegd, zal de Marnewaard eenuniforme saliniteit krijgen.


De randvoorwaarden op de Waddenzee zijn voor deze simulatie hetzelfde gehouden alsvoor de eerdere simulatie. Deze staan beschreven in paragraaf 3.2.

4.3.4 Resultaten

Met het spuibeheer zoals beschreven in tabel 4.1 ontstaat een getijvorm in hetLauwersmeer die voldoet aan de gestelde eisen. Figuur 4.13 toont het getij in hetLauwersmeer ter plaatse van de controlepunten uit figuur 4.1.

In deze situatie komt de waterstand niet boven 0,00 m+NAP. Dit betekent dat de hogergelegen gebieden niet overstroomd zullen raken. Het getij bereik is afgenomen tot circa



0,4 m. In de situatie met een volledig geopend spui Lauwersoog was het getij bereik ietsmeer dan 0,6 m.

Ten opzichte van het initiële zoutveld (doorstart op vorige simulatie) wordt een nieuweevenwichtswaarde bereikt, zie figuur 4.14. Dit initiele zoutveld benadert hetevenwichtsveld voor volledig geopende spuisluizen. Door het getij ontstaat een beeldvan variërende saliniteitsconcentraties die met het getij zoeter en zouter worden. Debelangrijkste factoren hierin zijn het getij bereik (springtij – doodtij) en het zoutgehaltebuiten en de zoete lozingen binnen. Opvallend is dat t.o.v. de situatie met vollediggeopende spuien er slechts kleine veranderingen optreden. Een aantal locaties (metname ter plaatse van de sluizen en gemalen) wordt wat zoeter. Daarentegen zijn er ooklocaties (bijvoorbeeld Robbengat) waar het water nog beduidend zouter wordt. Op dezelocaties was er blijkbaar nog geen evenwichtstoestand bereikt.

Uiteraard is er sprake van een dynamisch evenwicht met voortdurend veranderende zoutzoet verhoudingen. Om een goede uitspraak hierover te kunnen doen zijn een aantal 3Dsimulaties nodig, omdat deze een juist beeld geven van de gelaagdheid en de zout-zoetverhoudingen onder wisselende omstandigheden. Deze 3D simulatie zal in het volgendehoofdstuk worden besproken.

Het beperken van de getij op het Lauwersmeer zorgt ook voor een gematigderstroombeeld. Waar in de situatie met volledig geopende sluizen de snelheden nog tegende 4,0 m/s bedroegen, is de maximale snelheid nu circa 3,0 m/s. De maximale snelhedenlijken ook meer op te treden in de uitstromende situatie dan bij het instromen (ziefiguur 4.15 en 4.16). Bij de instroom is ook te zien dat inmiddels één barrier al dicht is.Door de kleinere getijslag neemt vanzelfsprekend ook de afvoer door de spuisluis af. Infiguur 4.17 is zichtbaar dat de maximale afvoer nu nog circa 1000 m3/s bedraagt, eenhalvering t.o.v. de situatie met een volledig geopende spui.



5 Simulaties in 3D

5.1 InleidingIn de verkennende studie die is uitgevoerd door HKV (Termes, 2005) werd aangegevendat het zeer wel mogelijk zou zijn dat er een horizontale scheiding zou ontstaan tussenhet zoute en het zoete water. Het zoute water zou zich concentreren in onderste lagenvan de diepe geulen (vaarwater naar Oostmahorn, Robbengat, Slenk etc.) en het zoetewater zou zich in de ondiepere geulen en boven het zoute water concentreren.

Een belangrijk randvoorwaarde in (Termes, 2005) was wel dat de waterstand in hetLauwersmeer niet boven de –0,5 m+NAP zou mogen uitkomen. Met dezerandvoorwaarde is slechts zeer beperkt getij (en dus een zeer beperkte uitwisseling) inhet Lauwersmeer mogelijk. De resultaten van de simulaties uit paragrafen 4.2 en 4.3 zijnvergeleken met de uitgangspunten van (Termes, 2005) in tabel 5.1.

Om na te gaan in hoeverre het getij uit paragraaf 4.3 nog zou kunnen zorgen voor eenbetere menging van zout en zoet water is het Lauwersmeermodel met meerdere lagendoorgerekend. Met dit model is vervolgens de simulatie uit paragraaf 4.3 herhaald omna te gaan wat de verticale verdeling van het zout zou kunnen worden. Er is slechtsgekeken naar hoe de gelaagdheid zich uiteindelijk ontwikkeld, niet naar de indringingdirect nadat de spuisluizen voor de eerste keer zout water inlaten.

Zout in 3D modellen gedraagt zich anders dan zout in 2D modellen. Zout is zwaarderdan zoet en heeft daardoor de neiging zich dichter bij de bodem te bevinden dan zoet.Nabij de spuisluizen waar het zout binnenkomt zal veel turbulentie aanwezig zijn. Dezeturbulentie zorgt voor een goede verticale menging van het zoute en het zoete waterdirect achter de sluizen. Naar verwachting zal zich in de diepere geulen een geringestratificatie ontwikkelen die zorgt voor een zoutere onderlaag en een zoeterebovenlaag. Nabij de zoetwaterlozingen is wel een stratificatie te verwachten, aangeziendaar het zoete water in een brakke omgeving stroomt.

5.2 Verschillen tussen het 2D- en 3D-modelHet 2D-model uit paragraaf 4.2 is de basis voor het 3D-model. Op een aantal punten zijnechter wijzigingen aangebracht. Hieronder worden deze wijzigingen kort opgesomd.

5.2.1 Verticale verdeling

In het 3D-model moet een verticale verdeling van de sigma-lagen worden opgegeven. Inoverleg met de opdrachtgever is gekozen voor 10 lagen in het gehele model. 10 lagen isvoldoende om een redelijk beeld te krijgen van de verticale verdeling. Meer lagen geefteen beter beeld maar maakt dat de rekentijd (nu enkele dagen bij een parallellesimulatie op twee procesoren) langer wordt.

Voor de verdeling van de lagen in de verticale richting is gekozen voor een logaritmischeverdeling met fijne cellen aan de bodem en grove cellen aan het oppervlak. Depercentages van de lokale waterdiepte voor elke laag is vermeld in tabel 5.2.



5.2.2 Diffusiecoëfficient

In het 2D-model is in een diffusiecoëfficient van 30 gebruikt voor het zout. Deze waardewas gebaseerd op ervaringen met eerdere simulaties uit het IJsselmeer model.

Deze waarde is in eerste instantie abusievelijk ook gebruikt in het 3D-model. Dit bleekeen onrealistisch ‘glad’ beeld van de verdeling van het zout te geven. Vervolgens is inoverleg met de opdrachtgever besloten de diffusiecoëfficent op 1 te zetten. Van dezesimulatie worden de resultaten gepresenteerd.

De anti-creep is niet aangezet. In de gebruikte SIMONA exportversie 2004_01 is demogelijkheid meegenomen om deze optie aan of uit te zetten. In eerdere exportversieswerd anti-creep standaard meegenomen. In export 2004_01 is er echter voor gekozenom standaard anti-creep niet mee te nemen. De gebruiker moet in de invoer explicietaangeven dat het moet worden meegenomen door de regel ANTICREEP=’on’ in deinvoer op te geven.

Indien anti-creep wordt meegenomen, wordt de horizontale diffusie bepaald metbehulp van een interpolatie met de omliggende cellen op een vast niveau, in plaats vanlangs sigma-cellen. Dit geeft grote verschillen indien er grote bodemgradiënten en groteverticale zoutgradiënten in het model aanwezig zijn. In het model zijn zeker grotebodemgradiënten aanwezig, zeker langs de diepe geulen en ten tijde van hetbinnendringen van het eerste zout zullen ook de verticale zoutgradiënten groot zijn.Het effect van deze parameter zal in de vervolgstudie verder onderzocht worden.

5.2.3 Tijdstap

In het 2D-model is een tijdstap van 0,5 minuut gebruikt. Deze waarde is in eersteinstantie ook gebruikt in het 3D-model maar dit bleek in sommige simulaties te leidentot instabiele simulaties. Daarom is de tijdstap in de definitieve simulatie verlaagd naar0,25 minuut.

5.3 Simulatie met gecontroleerd peilbeheer op Lauwersmeer5.3.1 Spuibeheer

Het spuibeheer is overeenkomstig het spuibeheer zoals beschreven in paragraaf 4.3.1.


Als initiële conditie is gebruik gemaakt van het resultaat (waterstanden, snelheden enzoutconcentraties) van de 2D-simulaties. Deze resultaten zijn voor ieder van de 10 lagengebruikt. Na de eerste simulatie (met de diffusiecoëfficient van 30) is de tweedesimulatie (met de diffusiecoëfficient van 1) herhaald met het eindresultaat van de eerstesimulatie als startpunt.


De randvoorwaarden voor deze simulatie zijn gelijk aan die voor de 2D-simulatie enstaan beschreven in paragraaf 3.2.



5.3.4 Resultaten

Figuur 5.1 laat de tijdreeksen zien van de waterstanden in vier controlepunten. Zichtbaaris dat de waterstanden niet boven 0,00 m+NAP uitkomen. Wel liggen de laagstewaterstanden iets lager dan in de 2D-simulatie.

Verder is opvallend dat op de Waddenzee de waterstanden in de 3D-simulatie een ietsgrotere getijslag kennen dan in de 2D-simulatie (zie de tijdreeks van ‘geul Waddenzee2D’ in figuur 5.1 in vergelijking met figuur 4.13). Dit behoeft enig nader onderzoek. Hetis mogelijk het gevolg van de zoute initialisatie in het 3D model.

Figuur 5.2 toont de afvoeren door het spuimiddel Lauwersoog voor zowel de 2D- als de3D-simulatie. In de 3D-simulatie zijn de debieten duidelijk groter dan voor de 2D-simulatie, tot wel 200 m3/s. Dit zou een logisch gevolg kunnen zijn van de groteregetijslag op de Waddenzee, waardoor de verhangen over de spuisluis ook groter zijn. Ofdit ook echt het geval is, of dat dit ligt aan de verschillen die er nu eenmaal zijn tussenWAQUA (2D) en TRIWAQ (3D), zal in een vervolgstudie nader onderzocht moetenworden.

De tijdseries van de saliniteit in de uitvoerstations (figuur 5.3) laten zien dat na 15 dagenal een redelijke evenwichtssituatie is ontstaan. Duidelijk zichtbaar is het verschil tussende zoutconcentratie aan de oppervlakte en de bodem in het Lauwersmeer. Deconcentratie aan de bodem is enkele PSU-punten hoger dan aan het oppervlak. Vooralin station Slenk_3 is er een duidelijke verticale gradiënt zichtbaar. Een vergelijking metfiguur 4.14 laat zien dat de saliniteit in het Lauwersmeer in de evenwichtssituatie in de3D-simulatie hoger is dan in de 2D-simulatie. Dit zou een aanwijzing kunnen zijn dat dediffusieparameter in de 2D-simulaties te klein is genomen. In tabel 5.3 zijn voor delaatste dag de maximale en minimale saliniteiten aan de bodem en bij het oppervlakvoor de vier stations in tabelvorm weergegeven.

De zoutconcentratie verdeling aan het oppervlak en bij de bodem zijn weergegeven inrespectievelijk figuur 5.4 en 5.5. De weergegeven velden zijn genomen op het laatstetijdstip van de simulatie. Langs de geul Vaarwater Oostma – Slenk is bij de bodem eenduidelijke zouttong te zien. Grote horizontale gradiënten zijn zoals verwacht zichtbaarnabij de inlaatpunten Zoutkamp, Dokkumer Nieuwe Zijlen en de gemalenDongeradielen en Nieuw Robbengat. De Marnewaard is brak doordat is doorgestart vaneen simulatie met volledig open sluizen en het gebied aan het begin van de simulatie alwater en zout bevat.



6 Conclusies en aanbevelingen

6.1 ConclusiesHet Kuststrook model dat voor de randvoorwaardenvoorziening voor het Lauwersmeermodel is gebruikt is een goed gekalibreerd en gevalideerd model. Ook in de buurt vanhet Lauwersmeer levert het Kuststrook model redelijk goede resultaten. De resultatenkunnen nog wel verbeteren door gebruik te maken van met Kalman-filteringgegenereerde randvoorwaarden.

Het Lauwersmeer model gedraagt zich zoals mag worden verwacht. Het model isgedraaid zowel met als zonder HIRLAM wind- en drukvelden terwijl het Kuststrookmodel met deze ruimtelijk en in tijd variërende wind- en drukvelden heeft gerekend.Hierdoor is het grootschalige effect van de wind in elk geval in de randvoorwaarden vanhet Lauwersmeer model meegenomen. In de uiteindelijke simulaties voor hetLauwersmeer is de wind niet meegenomen. Op deze manier verstoort de wind ook nietde verspreiding van het zoute water op het Lauwersmeer en worden er in feiteastronomische condities doorgerekend. Aangezien de windsnelheden in de betreffendeperiode gering zijn, wordt er hierdoor geen grote fout geïntroduceerd, zoals eenvergelijking van een simulatie met en zonder wind ook laat zien.

De simulatie van het gedrag van de spuisluizen nabij Lauwersoog bij een gehele ofgedeeltelijke opening van de spuisluizen is in het Lauwersmeer model goed mogelijk. Desturing van de barriers is zodanig te regelen dat een gecontroleerd peilbeheer mogelijkis.

De wens om het zout hoog op de droogvallende platen in het Lauwersmeer te krijgen isstrijdig met de natuurlijke eigenschap dat zout water zwaarder is dan zoet water. Incombinatie met wind is echter een goed gemengd systeem te verwachten, waardoor ookop de platen zout water mogelijk is. Bij een volledig geopend spuimiddel wordenmaximale waterstanden van circa 0,7 m+NAP in het Lauwersmeer bereikt, voldoendevoor het overstromen van de meeste hoger gelegen gebieden.

Uit de simulaties met het 3D-model blijkt dat het zoute water meer onder in de geulenblijft hangen. Dit komt overeen met de verwachtingen (zie Termes, 2005).

6.2 AanbevelingenOp basis van de hier uitgevoerde studie (met vooral een verkennend karakter), kunnende volgende aanbevelingen worden gedaan om het model verder te optimaliseren:

• Het verdient aanbeveling te zorgen voor een recente bodem van het Lauwersmeer.Voor de Waddenzee bodem zijn redelijk recente gegevens gebruikt (1999) voor hetLauwersmeer zijn geen recente gegevens beschikbaar. Er is gebruik gemaakt vankaarten uit 1967, 1968 en 1982 t/m 1984. Een uitzondering hierop wordt gevormddoor de gebieden die zich boven water bevinden, en waarvoor het AHN (ActueelHoogtebestand Nederland) is gebruikt. Het is echter voor het simuleren van de water-en zoutbeweging in 3D op het Lauwersmeer ook van belang de diepten met meerdetail te kennen.



• Om een betere weergave van het spuimiddel Lauwersoog te krijgen zou overwogenkunnen worden om de schematisatie van het Lauwersmeermodel aan te passen zodathet spuimiddel door drie WAQUA-cellen wordt beschreven i.p.v. twee WAQUA-cellen.Denkbaar is ook dat er hier on line nesting wordt toegepast met een zeergedetailleerd model rond de spuisluizen, waarbij elke spuisluis kan wordenmeegenomen. Het is echter de vraag of dit meerwaarde heeft gezien deonnauwkeurigheden die in veel andere onderdelen van de simulatie aanwezig zijn.Zo is bijvoorbeeld het gedrag van het spuimiddel bij instroming niet bekend. Om ditgedrag beter te weten te komen, zijn metingen noodzakelijk. Hierbij moet ookopgemerkt worden dat de modellering van de barrier-elementen in WAQUA geschiktis om debieten te berekenen aan de hand van waterstandsverschillen en niet omgedetailleerde stromingen in de spuisluizen te simuleren.

• Er is afgezien van het gebruik van zowel horizontale als verticale domeindecompositie. Het toepassen van domeindecompositie in de horizontaal dan wel inde vertikaal lijkt in dit geval weinig meerwaarde te hebben. Voor verticaledomeindecompositie zou het gedeelte van het model met minder lagen beperktblijven tot een klein deel van de Noordzee en Waddenzee. Dan is uit het oogpunt vanrekentijd weinig winst te behalen. Voor horizontale domein decompositie is demodellering van het effect van spuisluizen niet dermate nauwkeurig dat een fijnermodel rond de spuisluizen betere resultaten geeft. Ook zou dit fijnere model met eenkleinere tijdstap moeten worden doorgerekend en diezelfde tijdstap moet in het helemodel worden meegenomen. Daardoor neemt de rekentijd fors toe.

• Het Lauwersmeer model is niet voldoende groot om op de randen van het modelgeen effecten te merken van het wel of niet openstellen van het Lauwersmeer voorgetijwerking. Een simulatie met het Kuststrookmodel met en zonder eenkombergingsgebied dat representatief moet zijn voor het Lauwersmeer laatduidelijke verschillen zien langs de rand van het Lauwersmeermodel. Eén oplossing ishet uitbreiden van het Lauwersmeermodel, maar om de rekentijd niet te latentoenemen is het ook mogelijk om zoutrandvoorwaarden te baseren op Kuststrook-simulaties waarin de ingreep is meegenomen in de modellering.

• Het verdient aanbeveling het effect te bepalen van gecontroleerd getij beheer (tot -0,5 of -0,9 m+NAP) in combinatie met 1 of 2 perioden sluizen maximaal geopend.Hiermee wordt bedoeld dat het mogelijk zou zijn om bijvoorbeeld 1 of 2 maal in demaand een volledige opening van de sluizen over het gehele getij toe te staan(bijvoorbeeld tijdens springtij). Tijdens de rest van de maand zou dan hetgecontroleerde getij kunnen worden toegelaten. Op die wijze kan het zout mogelijktot hoger op de platen komen.

• Het verdient aanbeveling te kijken naar simulaties van situaties waarbij er weinig ofjuist veel zoet water wordt geloosd vanuit de gemalen bij Electra en bij DokkumerNieuwe Zijlen. Hiermee zou een beter beeld van de variatie van de zoet-zout gradiëntin het Lauwersmeer worden verkregen. In deze simulaties zijn slechts gemiddeldeafvoeren gemodelleerd. Overigens zal bij het toelaten van het getij op hetLauwersmeer nog slechts bij lage waterstanden onder natuurlijk verval kunnenworden geloosd. Mogelijk moeten er dus gemalen worden aangelegd.

• In de simulaties tot nu toe heeft de anti-creep optie uitgestaan. Voor de gevoeligheidin het 3D-model is het aanbevelingswaardig te kijken naar het effect hiervan. De anti-creep optie is bedoeld om de mengende effecten van de sigma lagen benadering bij



sterk hellende bodems tegen te gaan. Gezien de grote bodemgradiënten is het zekergoed om dit verder uit te zoeken. Op het moment van het binnendringen van heteerste zoute water zal deze optie een grote rol spelen.

• De resultaten van de vergelijking van waterstanden tussen metingen enberekeningen (zowel Kuststrook- als Lauwersmeermodel) laat zien dat er nog welgrote verschillen optreden tussen metingen en berekeningen. Zeker de laag watersworden niet juist gemodelleerd. De laag waters bepalen juist de hoeveelheid waterdie gespuid kan worden. Het zou beter zijn om randvoorwaarden voor hetKuststrookmodel met behulp van Kalman-filtering te optimaliseren.

• De vergelijkingen tussen de resultaten van de 2D- en 3D-simulaties laten duidelijkeverschillen zien in waterstand, debiet door de spuisluizen en evenwichtssaliniteiten. Inde vervolgopdracht zal verder bekeken moeten worden of hier een verschil inmodelinvoer aan ten grondslag ligt, of dat dit komt door de verschillen tussenWAQUA en TRIWAQ.

• In deze studie waren nog geen ruwheidskaarten beschikbaar. Deze kunnen in eenvervolg in de schematisatie meegenomen worden.

• De invloed van de wind op de verspreiding kan verder uitgezocht worden. Deverwachting is dat door het effect van de wind een goede verticale menging zalplaatsvinden. Onderzocht kan worden of voor verschillende windcondities het doel,zout op de ondiepe gebieden, beter haalbaar is dan als weinig wind is.

• Indien het gewenst is om het model ook intensief te gaan gebruiken voor simulatiesmet het huidige spuibeheer (streefpeil –0,93 m+NAP), verdient het aanbeveling hetrooster verder te verfijnen. De geulen zijn nu met slechts 1 of 2 rekencellengeschematiseerd. Voor een goede representatie van de snelheden is meer cellen welgewenst. Voor simulaties waarbij er getij in het Lauwersmeer is, zou dit ook nog weleen rol kunnen spelen in de initiële verspreiding van zout direct na het inlaten vanzout water door de spuisluizen.



Referenties

Termes, A.P.P. en Eysink, W.D., 2005 Watervisie Lauwersmeer, Quick Scan Estuarien, HKVlijn in water, juli 2005.

Staatsbosbeheer, It Fryske Gea, Friese Milieu Federatie, Milieufederatie Drenthe,Milieufederatie Groningen, Natuurmonumenten, Waddenvereniging, 2005,Uitwerking van de visie, Stroomlijnen, Gedempt getij in het Lauwersmeer, nieuweafvoerroutes naar de kust, G. Wintermans en J. Vegter, Oktober 2005

Alkyon, 2001, Herstel 1 : 3 koppeling binnen modellentrein, Fase 1, Roostergeneratie,A705, April 2001.

Alkyon, 2001, Herstel 1 : 3 koppeling binnen modellentrein, Fase 2, Modelbouw enafregeling, A705, Oktober 2001.

begin eind eenheid aantal X YDebieten

Spuisluis Lauwersoog 1/1/88 31/12/2004 m3/getij 12420 208500 603000Gemaal Nieuwe Robbengat 1/10/97 30/12/2004 m3/d 2648 211500 600900Gemaal Dongeradielen 8/12/97 31/12/2001 m3/d 1450 205700 597200Dokkumer Nieuwe Zijlen 1/1/95 31/12/2004 m3/s 350688 206400 592600Zoutkamp - Friese Sluis 1/1/95 31/12/2004 m3/s 350688 215600 594900Zoutkamp - Electraboezem 1/10/92 30/12/2004 m3/d 2217* 215400 594650

WindLauwersoog 1/1/97 1/8/04 m/s 66456 208850 602790

SaliniteitZuid Oost Lauwers oost 5/2/97 10/11/05 PSU 185 229829 607576Zoutkamperlaag 31/1/1997 10/11/05 PSU 107 204550 605050Zoutkamperlaag zeegat 31/1/1997 10/11/05 PSU 107 200950 610100Dantziggat 30/1/1997 11/11/05 PSU 186 177600 601700

WaterstandWierumergronden 1/1/97 19/12/2005 m NAP 471456 192882 614562West-Terschelling 1/1/97 19/12/2005 m NAP 471456 143870 597420Terschelling Noordzee 1/1/97 19/12/2005 m NAP 471456 151400 606250Schiermonnikoog 1/1/97 19/12/2005 m NAP 471456 209170 609500Nes 1/1/97 19/12/2005 m NAP 471456 179810 604920Lauwersoog 1/1/97 19/12/2005 m NAP 471456 208850 602790Holwerd 1/1/97 19/12/2005 m NAP 471456 187550 601850Dokkumer N. Zijlen schutsl. 1/1/95 31/12/2004 m NAP 350686 206450 592550Dokkumer N. Zijlen spuisluis 1/1/95 31/12/2004 m NAP 350686 206350 592700Zoutkamp - Friese Sluis 1/1/95 31/12/2004 m NAP 350686 215600 594900

* voor 50% van de periode zijn metingen beschikbaar

Tabel 2.1: Beschikbare meetgegevens t.b.v. Lauwersmeer-studie

Saliniteit [PSU]

minimummaximumgemiddeldest. afwijking

Tabel 2.2: Saliniteitsmetingen nabij het Lauwersmeer op de Waddenzee

periode 1998-2004 1998-2004 1998-2001 1995-2004 1995-20041994,1998,

2002m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s

januari -78.7 0.02 2.5 39.5 7.4 28.5 -0.7februari -75.9 0.02 2.1 40.1 7.5 10.5 -15.7maart -62.4 0.01 1.9 27.6 5.1 16.4 -11.4april -26.2 0.01 1 12.6 2.4 15.2 5.1mei -14.6 0.01 0.3 7.3 1.4 7.7 2.1juni -15.1 0.01 0.3 6.4 1 4 -3.4juli -15.3 0.01 0.3 7.9 1 5.5 -0.6

augustus -19.3 0.01 0.4 11.8 1.7 11.7 6.2september -35.3 0.01 1.8 14.8 3.2 11.5 -4.1

oktober -43.2 0.01 2.6 23.1 4.3 11.1 -2november -71.9 0.02 2.5 32.6 6.1 22.7 -8december -77.9 0.02 2.9 34.7 6.3 22.8 -11.3

gemiddelde -44.7 0 1.6 21.5 3.9 14 -3.7

Tabel 2.3: Maand- en jaargemiddelde debieten voor spuisluizen, sluizen en gemalen Lauwersmeer

Zuid Oost Lauwers oost Zoutkamperlaag

Loca

tie

Spu

islu

is

Lau

wer

soo

g

Gem

aal N

ieu

we

Ro

bb

eng

at

Gem

aal

Do

ng

erd

iele

n

Do

kku

mer

N

ieu

we

Zijle

n

Zou

tkam

p F

ries

e Sl

uis

Zou

tkam

p

Elec

trab

oez

em

Wat

erb

alan

s La

uw

ersm

eer

22.532.928.92.1

19.032.928.82.9 1.7

Dantziggat14.833.328.93.0

Zoutkamperlaag zeegat24.932.830.0

Waddenzee Lauwersmeer Spui 1 Spui 2 Opmerking

n.v.t. > Waddenzee Volledig open Volledig open In deze situatie moet er zoveel mogelijk gespuid worden

> Lauwersmeer < -0,5 Volledig open Volledig open> Lauwersmeer > -0,5

< -0,4> Lauwersmeer > -0,4

< -0,15> Lauwersmeer > -0,15

< -0,05> Lauwersmeer > -0,05 Volledig dicht Volledig dicht

Tabel 4.1: Spuibeheer Lauwersoog, maximale waterstand 0,0 m+NAP in Lauwersmeer

Waterstand (m+NAP)

waterstand binnen > waterstand buiten

waterstand buiten > waterstand binnen

‘lineair’ Volledig open Spui 1 sluit tussen -0,5 en -0,4

Volledig dicht ‘lineair’ Spui 2 sluit tussen -0,15 en -0,05

Volledig dicht Volledig open

Uitwisseling(m3/s)

minimaal maximaal maximaal Open (4.2) -0,1 0,6 0,7 2000Beperkt (4.3) -0,5 0,0 0,5 1400HKV (Termes, 2005) -1,0 -0,5 0,5 500

Tabel 5.1: Samenvatting 2D-simulaties

Laag Dikte (%)1 (oppervlak) 20

2 203 154 125 106 87 68 49 3

10 (bodem) 2

Tabel 5.2: Verticale verdeling van het 3D-model

max min max mingeul Waddenzee 34.70 33.41 34.73 33.57Vaarwater Oostma_2 32.57 30.66 33.38 32.33Dokkummer_diep_2 26.51 22.62 27.39 22.87Slenk_3 28.14 18.66 30.68 24.77

Tabel 5.3 minimale en maximale saliniteiten bij het oppervlak en bodem

Spui Lauwersoog Waterstanden in Lauwersmeer (m+NAP)

Getij bereik (m)

stationoppervlak bodem

P:\A1618_Lauwersmeer-3D\Report\plots-ja\A1618fig-ja.xls

Fig. 2.1A1618PROJECT 3D MODELLERING LAUWERSMEER

FASE 1 - MODELBOUW EN TESTSIMULATIES

Overzicht van het Lauwersmeergebied

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm

eermodel

Bodem

hoogte (m+

NA

P)

lauw_2D

z

Fig. 2.2

188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220 222 224 226 228

592

594

596

598

600

602

604

606

608

610

612

614

616

618

620

BOVEN 9.0 8.0 - 9.0 7.0 - 8.0 6.0 - 7.0 5.0 - 6.0 4.0 - 5.0 3.0 - 4.0 2.0 - 3.0 1.0 - 2.0 0.0 - 1.0 -1.0 - 0.0 -2.0 - -1.0 -3.0 - -2.0 -4.0 - -3.0 -5.0 - -4.0 -6.0 - -5.0 -7.0 - -6.0 -8.0 - -7.0 -9.0 - -8.0ONDER -9.0

X (km)

Y (

km)

188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220 222 224 226 228

592

594

596

598

600

602

604

606

608

610

612

614

616

618

620

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm

eermodel

Bodem

hoogteverschil na verwerking A

HN

-gegevens (m)

lauw_2D

z

Fig. 2.3

200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220

592

594

596

598

600

602

604

606

BOVEN 4.5 4.0 - 4.5 3.5 - 4.0 3.0 - 3.5 2.5 - 3.0 2.0 - 2.5 1.5 - 2.0 1.0 - 1.5 0.5 - 1.0 0.0 - 0.5 -0.5 - 0.0 -1.0 - -0.5 -1.5 - -1.0 -2.0 - -1.5 -2.5 - -2.0 -3.0 - -2.5 -3.5 - -3.0 -4.0 - -3.5 -4.5 - -4.0ONDER -4.5

X (km)

Y (

km)

200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220

592

594

596

598

600

602

604

606

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm

eermodel

Top 10 vector gegevens (lijnen en bebouw

ing)

lauw_2D

z

Fig. 2.4

188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220 222 224 226 228

592

594

596

598

600

602

604

606

608

610

612

614

616

618

620

X (km)

Y (

km)

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Ligging stations met beschikbare m

eetgegevens uit tabel 2.1

waterstand, saliniteit en w

ind Waddengebied

Fig. 2.5

140 150 160 170 180 190 200 210 220 230

580

590

600

610

620

630

X (km)

Y (

km)

Wierumergronden

W-Terschelling

Terschelling Noordzee

Schiermonnikoog

Nes

Holwerd

Zuid Oost Lauwers oost

Zoutkamperlaag

Zoutkamperlaag zeegat

DantziggatLauwersoog

waterstand

saliniteit

wind

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Ligging stations met beschikbare m

eetgegevens uit tabel 2.1

waterstand en debiet Lauw

ersmeer

Fig. 2.6

200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220

592

594

596

598

600

602

604

606

X (km)

Y (

km)

Friese Sluis

Gemaal Nw. Robbengat

Electraboezem

Lauwersoog

Dokkumer Nieuwe Zijlen

Zoutkamp

schutsluisspuisluis

spuisluis

Gemaal Dongeradielen

waterstand

debiet

PRO

JECT 3D

MO

DELLER

ING

LAU

WER

SMEER

P:\A1618_Lau

wersm

eer-3D\R

epo

rt\plo

ts-ja\A1618fig

-ja.xls

A1618

Fig.2.7

Maan

dg

emid

deld

e deb

ieten slu

izen en

gem

alen Lau

wersm

eer

FASE 1 - M

OD

ELBO

UW

EN TESTSIM

ULA

TIES

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

januari februari maart april mei juni juli augus tus s eptember oktober november december

Maa

ndg

emid

del

d d

ebie

t [m

3/s

]

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Maa

ndge

mid

del

d d

ebie

t [m

3/s

]

Zoutkamp - Electraboezem

Zoutkamp - F ries e S luis

Dokkumer Nieuwe Zijlen

Gemaal Dongeradielen

Gemaal Nieuwe Robbengat

Spuis luis Lauwers oog

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm

eer model - rekenrooster

Gehele m

odel

lauw-v1

Fig. 3.1

185 190 195 200 205 210 215 220 225 230590

595

600

605

610

615

620

X (km)

Y (

km)

A l k y o n

A l

k y

o n

PROJECT 3D MODELLERING LAUWERSMEER A1618

FASE 1 - MODELBOUW EN TESTSIMULATIES

Lauwersmeer model - rekenrooster

Matrix afbeelding van het rooster

lauw-v1

Fig. 3.2

0 50 100 150 200 2500

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

M - index

N -

inde

x

Zoutkamp

DokkumerNieuwe Zijlen

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm


Gedeelte Lauw

ersmeer

lauw-v1

Fig. 3.3

202 204 206 208 210 212 214 216 218

592

594

596

598

600

602

604

X (km)

Y (

km)

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm


Om

geving Dokkum

er Nieuw

e Zijlen

lauw-v1

Fig. 3.4

206 207 208 209 210 211591

592

593

594

595

X (km)

Y (

km)

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm


Om

geving Zoutkam

p

lauw-v1

Fig. 3.5

211 212 213 214 215 216594

595

596

597

598

X (km)

Y (

km)

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm


Resolutie van het rooster - gehele m

odel

lauw-v1

Fig. 3.6

185 190 195 200 205 210 215 220 225 230590

595

600

605

610

615

620

BOVEN 400. 350. - 400. 300. - 350. 250. - 300. 200. - 250. 150. - 200. 100. - 150. 80. - 100. 60. - 80. 40. - 60. 20. - 40.ONDER 20.

resolutie (m)

X (km)

Y (

km)

185 190 195 200 205 210 215 220 225 230590

595

600

605

610

615

620

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Lauwersm


Resolutie van het rooster - gedeelte Lauw

ersmeer

lauw-v1

Fig. 3.7

202 204 206 208 210 212 214 216 218

592

594

596

598

600

602

604

BOVEN 250. 200. - 250. 180. - 200. 160. - 180. 140. - 160. 120. - 140. 100. - 120. 80. - 100. 60. - 80. 40. - 60. 20. - 40.ONDER 20.

resolutie (m)

X (km)

Y (

km)

202 204 206 208 210 212 214 216 218

592

594

596

598

600

602

604

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Ligging controlepunten in Kuststrookm

odel

en steunpunten voor randvoorwaarden Lauw

ersmeerm

odel

Fig. 3.8

180 190 200 210 220 230 240590

600

610

620

630

X (km)

Y (

km)

Wierumergronde

Schiermonnikoog

Lauwersoog

(m,n)=(118,81)

(m,n)=(118,46)

(m,n)=(118,36)

(m,n)=(156,36)

(m,n)=(188,36)

(m,n)=(188,55)

(m,n)=(188,84)

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Vergelijking sim

ulaties Kuststrookm

odel en Lauwersm

eermodel

met m

etingen, station Lauwersoog

Fig. 3.9

wat

erst

and

(m)

meting

Kuststrookmodel

Lauwersmeermodel zonder wind

Lauwersmeermodel met wind

Aug 25, 2001

0:00

Aug 18, 2001

0:00 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

19 20 21 22 23 24

-2.00

-1.75

-1.50

-1.25

-1.00

-0.75

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

A l k y o n

A l k y o nPR

OJE

CT

3D M

OD

ELLE

RIN

G LA

UW

ER

SM

EE

RA

1618

FA

SE

1 - MO

DE

LBO

UW

EN

TE

ST

SIM

ULA

TIE

S

Vergelijking sim

ulaties Kuststrookm

odel en Lauwersm

eermodel

met m

etingen, station Schierm

onnikoog

Fig. 3.10

Opdrachtgever: Rijkswaterstaat RIKZsimona.deltares.nl/modeltoepassingen/Lauwersmeer/3D...calibratie...

Documents

Transcript of Opdrachtgever: Rijkswaterstaat RIKZsimona.deltares.nl/modeltoepassingen/Lauwersmeer/3D...calibratie...